CN1666522A - 对根据有优选次序的像素传输方法所传输或存储的数字数据进行编码和解码的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对根据有优选次序的像素传输方法所传输或存储的数字数据进行编码和解码的方法，其中要编码或解码的信息内容由单个的像素组构成，其中每个像素组具有一个位置值、至少一个像素值、以及一个分配给它的优先权值，其中使用至少一个密钥，利用该密钥以选择的方式对像素组的位置值和/或一个或多个像素值进行编码或者解码。根据所使用的密钥，并且根据信息内容被编码的部分，例如位置值和/或像素组值，可以在编码时考虑到不同的需求。

Description

对根据有优选次序的像素传输方法所传输或 存储的数字数据进行编码和解码的方法
如权利要求1的前序部分所述，本发明涉及一种用于对根据有优选次序的像素传输方法所传输或存储的数字数据进行编码和解码的方法。
提供信息内容，例如图像、视频、音频数据以及文档，是非常费事的。在许多应用情况下，在对这种信息内容进行传输和存储时，对信息内容进行编码以对其进行保护避免未经授权的访问是很有意义的，并且是必要的。为此已有一系列能够满足该任务的编码方法和应用。
其中对信息内容的编码可以在不同层面上完成。
-直接在应用中，例如通过个人计算机上的口令保护或者用于程序访问，
-与应用无关，例如借助于在E-Mail应用中已知的PGP编码方法，
-在传输信息时，例如借助于IPSec(互联网协议安全)通过互联网传输信息。
目前已知的编码方法不能够灵活地、可定标地对信息内容进行编码。这就是说，不能进行灵活的调节，例如根据信息内容和特定应用实现相匹配的编码。然而有意义的是，例如当人们希望根据需求提供视频(视频点播)时，其中对于不同的视频质量，例如根据图像分辨率，能够收取不同的费用。
本发明的任务在于给出一种对根据有优选次序的像素传输方法所传输或存储的数字数据进行编码和解码的方法，该方法可以对信息内容进行灵活的、可定标的编码。
根据本发明该任务通过权利要求1所述的特征来解决。
适用作本发明所述方法的基础的是借助于有优先次序的像素传输对图像或视频数据进行压缩和解压的方法，这种方法在德国专利申请DE10113880.6(对应于PCT/DE02/00987)和DE10152612.1(对应于PCT/DE02/00995)中进行了描述。在这种方法中，例如由单个像点(像素)的矩阵组成的数字图像或视频数据被处理，其中每个像素具有一个随时间变化的像素值，这个像素值表示该像素的颜色信息或亮度信息。根据本发明，为每个像素或每个像素组分配一个优先权，对应于其优先权的像素被记录在一个优先权矩阵中。这个矩阵在每一时刻包含根据优先权排序的像素值。对应于优先权，这些像素以及为计算优先权所使用的像素值被传输或存储。当一个像素与其相邻的像素差别很大时，这个像素得到一个高优先权。为了进行重建，当前的像素值分别被显示在显示器上。还未传输的像素由已经传输的像素计算得到。
申请DE10113880.6和DE10152612.1所公开的内容将全部引入到本发明的公开内容中作为参考。
根据本发明，有优先次序的像素组的传输或存储以数据包的形式实现，其中所述数据包不仅可以包含像点(像素)形式的图像数据，还可以包含各种能够存储在一个矩阵中的数字数据。其中一个数据包由一个数据值组成，该数据值表示像素组在矩阵中的位置，并由像素组的单个像素的值构成。通过对像素组的位置值和/或像素组的像素值进行编码，可以保护数据内容免于受到未经授权的访问。根据所采用的密钥，并且根据信息内容被加密的部分，例如位置值和/或像素组值，在编码时可以考虑到各种各样的需求。数据包根据其重要性按照相反的顺序被传输和/或存储。通过至少在统计上不随时间改变的n维矩阵，根据本发明，也可以按照像素组的重要性对像素组进行编码和解码。
相对于现有技术，本发明的优点在于编码方法能够可定标地实现。与常规方法不同的是，根据不同的需求对位置值和/或像素组值进行独立的编码提供了这样的优点：即只需在相应的应用和设备中采用该方法。只要执行一次这种方法，就可以在不同的需求情况下使用共同的方法。这减少了执行的次数，节省了存储空间，而存储空间特别是在移动终端设备中是很有限的。减少执行次数可以用相同的方法实现对音频、图像和视频数据的编码。
本发明具有优点的实施例和改进在从属权利要求中给出。
对附图简要说明如下：
图1：由20×21个像素构成的图像矩阵的图示；
图2：不同形状的像素组的图示；
图3：通过将像素组***到图像角中所新生成的图像矩阵；
图4：填补已经***的像素组之间的空白；
图5：***另外的像素组，并且填补其间的空白。
下面描述本发明的几个实施例。
由作为2维图像文件(图像矩阵)的信息内容出发。图像矩阵的每个像点(像素)例如通过一个32位的值(像素值)来表示。这个32位的值例如划分为分别具有8位的4个值(透明、红、绿、蓝)。图像矩阵的像点被逐一点数，其中每个像素的位置通过整数来确定。这样形成了由一个参考像素和其他围绕着参考像素的像素构成的像素组，其中所述参考像素规定了该像素组在矩阵内的位置。为每个像素组根据其“图像重要性”分别分配一个优先权，其中首先存储或传输具有最高优先权的像素组。
现在根据本发明可以通过不同的编码级来传输或存储像素组。
无编码：
可以自由访问整个信息内容，即像素组未经过加密地被传输。
采用一重密钥：
为编码和解码采用一个单个的密钥，即采用对称编码方法。其中例如一个像素组的参考像素的位置值可以被编码，使得如果没有匹配的密钥就不能再对像素组在图像矩阵中的位置进行正确的定位。密钥可以通过第二条传输路径来传输，例如通过E-Mail或邮递来传输。不需要其他的基础设施。对称编码方法比非对称编码方法(例如PGP)要快。
采用非对称编码方法：
为了对信息内容进行编码和解码分别采用了一个私钥和一个公钥。与对称方法相比这种编码方法开销更大，并且仅限制在点对点的关系。但不需要用于传输密钥的第二条传输路径。
采用多重密钥：
在多重密钥中，密钥由单个密钥组合而成。这种密钥可以和信息内容、时间、发起源、传输媒介或其他特征有关。
这样可以根据需要任意限制对信息内容的再现，并且信息可以根据特定情况来显示。为此举出了一些例子：
-密钥中的时间分量：信息内容只有在某一时刻之后/直到某一时刻才能被解码，
-与传输媒介有关的密钥：信息内容只有当传输媒介具有某种特定的标识特征时才能被解码，
-与发起源有关的密钥：信息内容只有在这样的设备上才能被解码-在该设备上信息内容例如在提供保密拷贝时作为防止滥用的保护被记录。
采用级联的密钥：
可以使用级联的密钥，以实现对信息内容的部分编码。例如可以采用这种方法在相同的数据流中传输加密形式的正常品质和例如用于图像预览的未加密形式的变差的品质，其中不会出现冗余。其中例如图像的分辨率可以向下调整。这种情况下“分辨率”不是指“图像高度×图像宽度”，因为这在采用这种方法时不会改变。更确切地说，用向下调整的分辨率来表示与原始图像的偏差，这种偏差在重建时可能由于还未被传输和/或解码的像素组而出现。这种级联密钥的方法根据洋葱剥皮(Zwiebleschalen)原理来工作。在采用有优先次序的像素传输方法时，例如可以减小像素组的大小来形成级联的编码。一个像素组由一个通过其位置值唯一确定的(参考)像素和多个其他像素构成。例如当一个像素组总共由9个像素构成时，例如可以传输5个未经过编码的像素和4个经过编码的像素。包含5个未经过编码的像素的外层不包括任何编码，它例如允许无需密钥地观看邮票大小的视频。在下一层中传输一个或多个经过编码的像素。对于另外的每个层采用一个另外的密钥。层的类型在传输之前在发送方和接收方之间商定。通过这种方式和方法，可以占用所有的密钥，并且所有的层都可以被解码，以最佳的品质来观看视频。
为了降低通过各个层的数据之间的相关性可能产生的干扰，在这种类型的编码中，除了位置值和像素组的值之外还可以传输一个散列值(Hash-Wert)，它由位置值和像素组的值计算得到。如果在接收方计算得到的散列值与所传输的散列值不一致，则该像素组不会被解码。这样就不会出现通过其他层产生的干扰。
可以对不同密钥和方法进行组合。
很显然，根据本发明的编码方法不仅可以应用于图像和视频数据，还可以用于各种与像点数据块类似的数据块形式的数字数据。
下面借助于一个简单的例子更详细地说明本发明。
在表1中示出了根据具有优先次序的像素传输方法所提供的数据流的一部分。值“Pos x”表示像素组的相应位置，值“Px_n”表示包含在像素组中的像素的相应像素值。每个像素组例如由5个像素构成。
表1：
Pos0  P0_0  P0_1  P0_2  P0_3  P0_4  P0_5  Pos1  P1_0  P1_1  P1_2  P1_3  P1_4  P1_5
表2示出了只对位置值的编码。其优点是：只需要对数据流的一部分进行编码，这样相对于对所有数据的完整编码显著提高了性能。无需知道密钥而重建如此编码的数据不会产生计算开销或者只有很大的计算开销。
表2：
表3示出了对一部分像素组的编码。其优点是：基于对像素的不同编码，在重建图像、音频或视频数据时同样允许有不同的品质。在下面所述的例子中，接收方可以无需密钥地使用位置值和像素值Px_0至Px_2。为了对像素值Px_3至Px_5进行解码，分别需要相匹配的密钥。如果接收方没有一个或多个用于像素值Px_3至Px_5的密钥，则应用程序必须从可自由提供的值Px_0至Px_2中重建像素值。但由于接收方缺少多个像素值，重建的质量(分辨率)明显降低。
表3：
在所述的例子中，经过编码和未经过编码的数据在相同的数据流中传输。为了识别出传输错误，并且为了识别出是否有效地完成了解码，解码形式的像素组的每一部分(像素值和Px_n)包含一个CRC校验。如果出现传输错误，CRC校验失败，则相应像素值不会被用于重建。另外可以使用像素组的另一部分。以这种方式和方法同时提供了传输方法防止传输错误的可靠性。除了CRC校验之外也可以采用散列函数。这提供了更好的安全保护，但需要更高的计算负荷。

Claims (8)

1.用于对根据有优选次序的像素传输方法所传输或存储的数字数据进行编码和解码的方法，其中要编码或解码的信息内容由单个的像素组构成，其中每个像素组具有一个位置值、至少一个像素值、以及一个分配给它的优先权值，其特征在于，
使用至少一个密钥，利用该密钥以选择的方式对像素组的位置值和/或一个或多个像素值进行编码或者解码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密钥以选择的方式与要编码的信息内容的类型、和/或与发起源、和/或与所采用的传输媒介相关联，或者与时间相关。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，每个像素值或者一个或多个所选择的像素值分别用一个独立的密钥来编码或解码。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，执行对称编码方法。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，执行非对称编码方法。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述像素组由音频信号的数字化采样值构成。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，文件包含图像数据、视频数据或音频数据。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，像素值的颜色深度按照色差用独立的密钥来编码或解码。
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